鋼的熱處理新表面化學(xué)小

鋼的熱處理新表面化學(xué)小第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二一、感應(yīng)加熱表面淬火

1．原理:

交變磁場→感應(yīng)電流→工件電阻

→加熱，集膚效應(yīng)→表面加熱

→快速冷卻第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二感應(yīng)淬火頻率的選用電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度越淺，加熱層也越薄。因此，通過頻率的選用可以得到不同工件所要求的淬硬層深度。根據(jù)零件表面有效淬硬層深度選擇合適的頻率，分高頻、中頻和工頻。

感應(yīng)加熱的工藝參數(shù)根據(jù)組織性能的要求，需控制其加熱溫度、加熱速度和淬硬層深度，而這三個(gè)熱參數(shù)有需通過控制設(shè)備的電參數(shù)（電流頻率、單位表面功率）和加熱時(shí)間來保證。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二2．分類

——高頻、

中頻

、

工頻

等。

第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二感應(yīng)加熱分為：①高頻感應(yīng)加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動(dòng)軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二②中頻感應(yīng)加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二③工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3．特點(diǎn)

●加熱速度快：幾秒～幾十秒?！窦訜釙r(shí)實(shí)際晶粒度小，淬火得到極細(xì)馬氏體，硬度↑脆性↓●加熱層深度易控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量生產(chǎn)?！癫灰籽趸?、脫碳、變形小?！窆に囈卓刂?，但設(shè)備成本高。

第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二汽車曲軸第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二4．工藝路線

（用料

0.4-0.5%c的中碳鋼、中碳低合金鋼,

如：45、40Cr等）●鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫回火（→粗磨→時(shí)效→精磨）

感應(yīng)加熱表面淬火對工件的原始組織有一定的要求。一般鑄鐵件的組織應(yīng)是珠光體基體和細(xì)小均勻分布的石墨；鋼件應(yīng)預(yù)先進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二二、火焰加熱

火焰加熱淬火是利用氧—乙炔或煤氣—氧等）火焰直接加熱工件表面，然后立即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2～6mm。第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

火焰淬火特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，設(shè)備簡單，成本低，靈活性大；缺點(diǎn)：加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定?；鹧娲慊疬m用范圍單件、小批生產(chǎn)以及大型零件（如大模數(shù)齒輪、大型軸類等）的表面淬火。第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。激光熱處理:利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。火焰加熱表面淬火示意圖激光表面熱處理火焰加熱表面淬火第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二激光表面淬火利用高能量密度（104～108W/cm2）的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。激光加熱時(shí)，因其過程極短，無需考慮大氣介質(zhì)的影響，沒有氧化脫碳現(xiàn)象，淬火表面光亮潔凈；又由于加熱層是靠自急冷淬火，無需特殊的冷卻設(shè)備；加熱快、區(qū)域小，因而工件的變形極小。激光加熱導(dǎo)光系統(tǒng)原理示意圖第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二1.工藝參數(shù)：光斑尺寸、掃描速度、激光功率等。2.激光淬火淬硬深度0.3～0.5mm，硬度比普通淬火硬度高

15%～20%。3.激光淬火后，表面具有4000MPa的殘余壓應(yīng)力，有利于疲勞強(qiáng)度提高。4.激光淬火精確的局部加熱，可以解決工件拐角、溝槽、盲孔、深孔內(nèi)壁等其他熱處理方法很難解決的強(qiáng)化問題。5.激光淬火前，需對淬火表面進(jìn)行黑化處理，即在被加熱的表面涂一層吸光涂層，以提高激光的吸收率。6.已廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、滾動(dòng)軸承圈、機(jī)床導(dǎo)軌、冷作模具等。激光表面淬火的特點(diǎn)：第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二§5-8鋼的化學(xué)熱處理●化學(xué)熱處理

——

將工件置于特定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，從而通過改變表層的化學(xué)成分和組織來改變其性能。

●分類

——

滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等。

第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二一、鋼的滲碳

（包括：氣體、固體滲碳）●滲碳

——

低碳鋼在高碳介質(zhì)中加熱、保溫，以獲得高碳表層的熱處理工藝。

●目的

——提高表面硬度，耐磨性，心部保持一定的強(qiáng)度和良好的塑韌性。如齒輪、軸類、鏈條、套筒、活塞銷。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二1．滲碳工藝

●鋼種——

0.1-0.25%c的低碳鋼和低碳合金鋼。如：15、20、20Cr、20CrMnTi、

20CrMnMo、18CrMnTi。●加熱溫度——Ac3

以上，一般為900～950℃?！窦訜釙r(shí)間——

根據(jù)所需滲層厚度決定。（一般經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)測定）滲層厚度（Dp）：軸類：Dp=(0.1～0.2)R

齒輪：Dp=(0.1～0.2)m

薄片：Dp=(0.1～0.2)t(R、m、t分別代表軸半徑、齒輪模數(shù)、零件厚度）

第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二常用鋼號及用途低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。柴油機(jī)凸輪軸20Cr活塞銷第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二中淬透性鋼：20CrMnTi

用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA

用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。增壓柴油機(jī)曲軸汽車變速箱齒輪第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱2.滲碳方法：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳。第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

氣體滲碳法示意圖第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二可控氣氛滲碳爐滲碳爐第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3.滲碳件的技術(shù)條件：

●滲碳層的表面含碳量最好在0.85-1.05%c◆含碳量太低：得不到高碳馬氏體，硬度低、耐磨性差?！艉剂刻撸簼B碳層會(huì)出現(xiàn)大量塊狀或網(wǎng)狀滲碳體，滲層變脆，易剝落。第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二4．滲碳后的淬火

●直接淬火——

奧氏體晶粒大，馬氏體粗，殘余A多，耐磨性低，變形大。(如：圖a、圖b)

◆只適用于細(xì)晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。●一次淬火——

加熱溫度Ac3以上（心部性能好）或Ac1以上（表面性能好）●二次淬火

——Ac3以上（改善心部性能）+Ac1以上（改善表面性能）第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二5.滲碳的特點(diǎn)

生產(chǎn)效率高、質(zhì)量易控制、可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用極為廣泛。

6．加工工藝路線

●鍛造→正火→切削加工→滲碳→淬火→低溫回火→精磨。

經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二7.滲碳后的組織

●

外層過共析層、中間共析層、心部是原始組織?！駶B碳層深度確定：從表面到含碳量為0.4%c處。測定時(shí)按50%F+50%P量時(shí)確定。退火態(tài)：第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二20鋼滲碳緩冷組織(化染)580表層珠光體+網(wǎng)狀滲碳體;中層珠光體;內(nèi)層鐵素體+珠光體第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二20CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)320滲碳體(白色塊狀)+高碳M(蘭色針狀)+殘余A(棕黃色)第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二8.滲碳熱處理后的常見缺陷滲碳件的質(zhì)量檢查項(xiàng)目滲碳鋼原材料檢查、滲層質(zhì)量檢查（滲層深度、滲層碳濃度、碳化物、殘余奧氏體及馬氏體級別等)、滲碳件心部鐵素體級別的評定、滲層和心部硬度的檢查、滲碳件變形量的檢查。滲碳件的常見缺陷滲層厚度不合要求（太淺或太厚、滲層薄厚不均、過共析與共析層厚度過大或過?。?、滲層組織不合要求（碳化物過多呈大塊狀或網(wǎng)狀分布、殘余奧氏體量過多、內(nèi)氧化、脫碳、表層出現(xiàn)鐵素體）、硬度超差（表層硬度偏低或不均、心部硬度偏低或偏高）、變形過量。第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二心部組織第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn)：表面質(zhì)量好,滲碳速度快。真空滲碳爐第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。長55.7厘米，劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二二、氮化

——

工件表面滲入氮原子，以提高硬度、耐磨性，疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。

●特點(diǎn)

：

1.表面硬度高（可達(dá)1000～2000Hv即69HRC以上）

2.高的熱硬性（在550～600℃時(shí)仍保持很高的硬度）

3.氮化溫度低、工件變形極小。

4.氮化前調(diào)質(zhì)處理、保證心部的強(qiáng)度。氮化后無須淬火

5.工藝時(shí)間長且滲層?。ㄒ话銥?.3～0.5mm）。第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。

縫紉機(jī)用氮化件經(jīng)離子氮化的機(jī)車曲軸第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二●材料：

含Cr、Mo、Al等合金元素的中碳合金鋼。常用：38CrMoAlA●應(yīng)用：

廣泛用于高速傳動(dòng)的精密齒輪；高精度機(jī)床主軸；以及要求變形小且具有抗蝕能力的零件：閥門。井式氣體氮化爐第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二38CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650黃色區(qū):ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區(qū):γ’(Fe4N);藍(lán)綠色區(qū):含氮索氏體+脈狀氮化物;

綠黃色區(qū):索氏體基體。第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

38CrMoAl氮化層38CrMoAl氮化層硬度第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二●氮化件加工工藝：

鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→半精加工→去應(yīng)力退火→粗磨→氮化→精磨?！衲壳艾F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中較多采用離子氮化（即在一定真空度下，用工件和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行的。所以也稱為

輝光”離子氮化）。其特點(diǎn)：滲氮速度快、生產(chǎn)周期短，38CrMoAlA為例：滲層要求0.5mm，氣體滲氮50h以上，離子氮化15～20h；對材料的適應(yīng)性強(qiáng)：滲碳用鋼、合金鋼、鑄鐵都可以。第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。離子氮化爐第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二

滲碳與滲氮的工藝特點(diǎn)處理后是否需要熱處理處理時(shí)間(h)處理溫度(℃)名稱需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二三.碳氮共滲

——同時(shí)向鋼件表面滲入碳和氮原子的化學(xué)熱處理工藝，也稱為氰化?！?/p>

中溫氣體碳氮共滲：（滲碳為主）常用溫度：820～

860℃

時(shí)間：根據(jù)要求2～

8h

滲層：0.3～0.8mm◆

材料：低碳、中碳鋼和中碳合金鋼。

◆應(yīng)用：用于提高結(jié)構(gòu)件（如：齒輪、蝸輪、蝸桿、軸類件）的硬度、耐磨性和抗疲勞性。第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二●

低溫氣體碳氮共滲：（即：軟氮化）（滲氮為主）常用溫度：560～

570℃

時(shí)間：2～

3h

滲層：0.01～0.02mm◆

材料：不限制鋼種：碳鋼、合金鋼